光学运动捕捉技术在肩关节生物力学中的研究进展

肩关节是全身最灵活、活动范围最大的关节,运动模式比较复杂。肩关节在三维空间的运动数据的捕捉对于肩关节生物力学的研究非常重要,光学运动捕捉系统可以无创伤、无辐射地对肩关节在复杂运动过程中的运动数据进行捕捉,从而进行进一步进行肩关节生物力学分析。本文从测量原理,减少皮肤软组织伪影的数据处理的方法,影响测量结果的因素及在肩关节疾病中的应用,来对临床上光学捕捉在肩关节的应用提供一定的参考。

应用先验插值校正CT金属伪影

针对CT系统在实际应用中出现的金属伪影问题,提出一种基于先验插值的金属伪影校正算法。文中通过预滤波、骨骼分割和软组织恢复步骤计算先验图像,并利用先验图像的正向投影对原始投影中的金属投影区进行插值校正。应用该算法对数值仿真图像和临床CT图像分别进行了校正重建实验。数值仿真实验表明,用提出算法校正的结果比线性插值金属伪影校正算法、归一化金属伪影校正算法校正的结果更接近理想体模。临床数据实验表明:该算法的重建结果有效抑制了金属伪影,清晰重建出金属边缘细节,极大地提高了重建图像的质量。

基于关节自由度约束的上臂轴旋转跟踪误差补偿

针对外敷跟踪器下皮肤组织滑移(Soft Tissue Artifact,STA)引起的人体运动跟踪中上臂轴旋转角位移跟踪误差问题,基于关节自由度约束,提出一种利用相连肢体相对位姿矩阵分解的在线STA误差补偿角度计算方法.首先,利用一组不包含上臂轴旋转的上肢运动轨迹跟踪信息,基于关节点位置连续和旋转自由度约束,通过优化方法计算各肢体分段坐标系到相应跟踪器坐标系的位姿变换矩阵;然后,上肢实时运动跟踪时,对上臂和小臂相对姿态矩阵引入上臂轴旋转STA误差补偿运动,在肘关节两旋转自由度的基础上进行3自由度的旋转矩阵分解,得到STA误差补偿角度.4人上肢运动跟踪实验表明:在不同肘关节内曲角度条件下,均能有效在线修正上臂轴旋转STA跟踪误差,且在旋转角度较大时,补偿精度优于线性STA误差补偿方法.